全 文 ：第 24 卷 第 3 期
2009 年 6 月
天津科技大学学报
Journal of Tianjin University of Science & Technology
Vol.24 No. 3
Jun. 2009

收稿日期：2008-11-06；修回日期：2009-04-01
基金项目：天津市科技攻关项目 (033122211)
作者简介：马若欣（1966—），男，天津人，实验师，maruoxin@tust.edu.cn．




氮浓度和光照强度对小新月菱形藻生长
和总脂含量的影响

马若欣，王学魁，曹春晖
(天津市海洋资源与化学重点实验室，天津科技大学海洋科学与工程学院，天津 300457)

摘 要：以 NaNO3 为氮源，研究了氮浓度的五个水平及光照强度对小新月菱形藻的生长率及总脂含量的影响．结果
表明：小新月菱形藻(Nitzschia closterium f. minutissima)(MACC/B222)在氮浓度为 32.mmol/L 时平均生长率 µ 达到最大
值 0.710.0.d-1，脂肪含量在 16.mmol/L 时达到最大值 34.8%；在光强 260.μmol/(s·m2)处获得最大生长率 0.650.5.d-1，
140.μmol/(s·m2)处获得最大总脂含量 33.9%．
关键词：氮浓度；光照强度；小新月菱形藻；生长；总脂含量
中图分类号：Q949.210 文献标志码：A 文章编号：1672-6510(2009)03-0031-04

Effects of Nitrate Concentrations and Light Intensity on the Growth and
Total Lipid Contents of Nitzschia closterium f. minutissima
MA Ruo-xin，WANG Xue-kui，CAO Chun-hui
(Tianjin Key Laboratory of Marine Resources and Chemistry，College of Marine Science and Engineering，Tianjin University
of Science & Technology，Tianjin 300457，China)
Abstract：The growth rates and total lipid contents of Nitzschia closterium f..minutissima under different nitrate con-
centrations and light intensity were examined. The results show that the variations of growth rate and total lipid con-
tent may be great due to nitrite concentration and light intensity. The highest growth rate was 0.710 0.d-1 when the ni-
trate content was 32 mmol/L，the highest total lipid contents was 34.8% when the nitrate content was 16 mmol/L. The
highest growth rate was 0.650 5.d-1 and the highest total lipid contents was 33.9% due to light intensity.
Keywords：nitrate concentrations；light intensity；Nitzschia closterium f. minutissima；growth；total lipid contents

能源是人类生存与发展的基础，不可再生化石能
源日趋减少以及使用化石能源造成的环境污染加剧
问题，全球瞩目．为了摆脱这种困境，各国政府和科
研工作者都把目光投向了可再生且污染小的生物质
能源开发利用领域，我国也把可再生能源列入科技发
展的优先领域[1]．生物质能是绿色植物通过叶绿素将
太 阳 能 转 化 为 化 学 能 而 贮 存 在 生 物 质 内 部 的 能
量．煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能转
变而来的[2–3]．为此，有学者呼吁，应大力发展生物质
能源，实现我国能源结构的历史性转型．生物质能产
业不仅可提供能量，而且可生产出多种化工产品；生
物能通过光合作用利用 CO2，因而可减轻全球温室效
应[4]．
在众多生物质中，微藻细胞内的脂肪含量高于高
等植物，其裂解油的产率和质量大大高于一般的生物
质资源，热解化学难度也相对较低．藻类还具有光合
作用效率高、生长周期短、生物产量高的特点．缪晓
玲等[5]认为藻类是制备生物质油的良好材料，其细胞
内有机物的种类及含量对产品的热值及质量有显著
的影响．细胞内脂类含量愈高，其产烃潜力也愈强．
其中单细胞的小新月菱形藻(Nitzschia closterium f.
,minutissima)个体小、繁殖快、脂肪含量高，环境适应

DOI:10.13364/j.issn.1672-6510.2009.03.004
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能 力 强 ．小 新 月 菱 形 藻 还 含 有 高 不 饱 和 脂 肪 酸
EPA(20：5n-3)，可作为理想的保健食品，也可以作为
甲壳类、双壳类和仔鱼的饵料而在海水养殖业中占有
重要地位[6]．海洋微藻的脂肪含量因藻种不同而异，
不同的培养条件也会对其产生影响．某些藻类如葡
萄球藻(Botryococcus)、盐藻(Dunaliella)还可通过人
为调控其培养条件使藻细胞中易于热解的组分含量
大幅度提高[7-9]．本文对小新月菱形藻在不同的氮浓
度和光照强度时的生长率和总脂含量进行了研究．
1 材料与方法
1.1 藻种
试 验 藻 株 取 自 中 国 海 洋 大 学 微 藻 种 质 库
(MACC/B222)Nitzschia closterium f. minutissima 小
新月菱形藻.
1.2 微藻培养
对实验藻种作了不同 NaNO3 浓度(1.6、8.0、16、
32、40,mmol/L)及不同光照强度(70、140、260,μmol/
(s·m2))的培养实验．每个浓度两个平行组．其中海
水经脱脂棉过滤，以自来水稀释至盐度为 28‰，煮沸
消毒．采用 f/2 培养基，在 2,L 细口瓶中进行一次性培
养，培养过程中连续充气，室温(22±1),℃，24,h 光照，
光照强度4,500,lx，每天用血球计数板对藻细胞计数．
1.3 微藻收获
微藻在指数生长末期离心收获，收集的藻泥经真
空干燥后放入带塞试管中，充 N2 于－40 ℃保存．
1.4 生长率计算
利用下式计算平均生长率：
μ=(lnNt－lnN0)/t
式中：μ 为每天的平均生长率；t 为培养天数；N0 为培
养开始时的藻细胞数；Nt 为培养 t 天后的藻细胞数．
1.5 总脂测定
采用索氏抽提法：称取 100,mg 左右藻粉，用滤纸
包裹，于索氏抽提器中用乙醚抽提 2,h 后洗净接收瓶
(接收瓶预先在 80,℃烘干至恒重，并称重)外壁，80,℃
烘 12,h，冷却后称重，由此求出藻粉中脂肪的含量．
1.6 数据处理
平均值与标准差由 Excel 软件求得；单因子方差
分析由 STATISTICA 软件求得．

2 结果与讨论
2.1 氮浓度的影响
不同氮浓度对小新月菱形藻生长和总脂含量的
影响见图 1 和图 2．由图 1 可知，氮浓度对小新月菱
形 藻 的 平 均 生 长 率 μ有 较 大 影 响 ，在 氮 浓 度 为
32,mmol/L 时达到最大值 0.710,0,d-1，最低值出现在
1.6,mmol/L 处，为 0.400,0,d-1．平均生长率随氮浓度的
变化趋势为：在一定的浓度范围 1.6～32,mmol/L 内，
氮浓度的增加使得小新月菱形藻生长速度加快，其 µ
值随氮浓度的升高而升高(0.400,0～0.710,0,d-1)，但
过 高 的 氮 浓 度 (40,mmol/L) ，反 而 会 使 μ 下 降 至
0.520,1,d-1．由图 2 可知，脂肪含量随氮浓度的增加也
呈现增加的趋势，在 1.6,mmol/L 时脂肪含量最低，为
18.2%，在 16 mmol/L 时达到最大值 34.8%，并在
32,mmol/L 时仍维持在 32.3%，但在 40,mmol/L 时降
至 18.2%．单因子方差分析表明，氮浓度对小新月菱
形藻总脂含量的影响差异显著(P＜0.05)．

图 1 不同氮浓度下的平均生长率
Fig.1 Average growth rates under different N
concentrations

图 2 不同氮浓度下的总脂含量
Fig.2 Total lipid contents under different N concentrations
海洋中浮游植物的生长主要受到氮和磷等营养
盐的影响，不同的氮浓度不仅对细胞的生长速度造成
影响，甚至对细胞内物质的合成积累也有影响[10-12] ．
吴庆余等[11]通过调整碳、氮源的供给，获得的异养小
球藻细胞粗脂肪含量比自养藻提高了 3.4 倍；曹春晖
等[6]的实验结果证明了不同氮浓度对一株裂丝藻和
两 株 小 球 藻 的 脂 肪 含 量 的 影 响 差 异 极 显 著(P＜
0.01)；刘东艳等 [12]发现在高氮、磷比(N/P=160∶1、
80∶1)条件下，球等鞭金藻(Isochrysis galbana)的生
2009 年 6 月 马若欣，等：氮浓度和光照强度对小新月菱形藻生长和总脂含量的影响 ·33·


长速度要优于低氮、磷比(N/P=l∶l、4∶1)状态，但过
高的氮浓度对其生长有抑制作用，胞内物质的合成也
表现出同样的规律，与本研究结果相符．
2.2 光照强度的影响
不同光照强度对小新月菱形藻生长和总脂含量
的影响见图 3 和图 4．由图 3 可知，平均生长率随光
照强度的增加有明显增加趋势，在实验设置的最高光
照强度260,μmol/(s·m2)处获得最大生长率0.650,5,d-1.
由图 4 可知，脂肪含量在中光照强度时获得最大值
33.9%，而在低光照强度和高光照强度时均有所下降，
分别为 19.8%和 25.2%．单因子方差分析表明，光照
强度对小新月菱形藻总脂含量的影响差异显著(P＜
0.05)．同时，由于光照强度的变化引起的平均生长率
和总脂含量之间无显著相关关系．

图 3 不同光照强度下的平均生长率
Fig.3 Average growth rates under different light intensity

图 4 不同光照强度下的总脂含量
Fig.4 Total lipid contents under different light intensity
光是单胞藻培养中影响其生长的重要因子之
一．在适当范围内，增加光照强度可使光合作用速度
加快，细胞分裂速率达到最高值时的光照强度称最适
光强或饱和光强．超过饱和光强后光合作用减弱甚至
受抑制[13]．光 照 对 实 验 藻种 的 生 长 情况 的 影 响 因
种 而 异 ，Grimma 等[14]研究了光强对 Isochrysis gal-
bana Parke 和 Tetraselmis sp. 生长的影响，结果是光
强在 15～218,W/m2 范围内时，I.,galbana Parke 和
Tetraselmis sp.的最大比生长速率可达 0.032,h-1 和
0.059,h-1，光强在 80～100,W/m2 范围内时两种藻的生
长均达到饱和．茅华等[15]研究了旋链角毛藻在三个
光 照 梯 度 下 的 生 长 率 ，结 果 表 明 在 中 光 照 强 度
78.12,μmol/(s·m2)下旋链角毛藻生长速率增加，生长
较快并达到高峰，光照强度过高过低都影响旋链角毛
藻的生长．曾艳艺等[16]的研究结果表明光照对小环
藻 生 长 有 极 显 著 影 响 (P＜ 0.01)，当 光 照 强 度 从
29.25~146.26,μmol/(s·m2) 时 比 增 长 率 最 高 ，为
0.30~0.32d-1 ．石 娟 等 [17] 研 究 了 小 新 月 菱 形 藻
(Nitzschia closterium f. minutissima)(MACC/B228)在
4 种光照条件下的生长情况，结果表明，小新月菱形
藻在光强 70,μmol/(s·m2)时平均生长率最大，最适光
强 70~140,μmol/(s·m2)；260,μmol/(s·m2)光强能导致
细胞分裂速率变慢，指数期缩短．而本研究中小新月
菱形藻在 260,μmol/(s·m2)光照下仍然有着高生长率，
并没有达到其光饱和点及出现光抑制现象，推测其原
因应该是不同品系的小新月菱形藻藻株之间存在的
个体差异．
不 同 光 强 对 细 胞 内 的 脂 肪 含 量 也 有 一 定 影
响．本研究中，在中光照强度下，藻细胞内的脂肪含
量较多，在高光强下则降低(图 4)．这在其他微藻的
研究中得到了相似的结果，如石 娟 等 [17]的研究表明
小新月菱形藻(Nitzschia closterium f. minutissima)
(MACC/B228)的脂肪含量占干重的 25.5%~35.3%，
而在低光下脂肪含量较多．产生这种变化的原因可
能跟细胞内光合作用的机构有关，细胞内的光合作用
在叶绿体的类囊体膜上进行，而甘油脂是类囊体膜的
主要组分，甘油脂的相对数量与细胞的光合活力密切
相关．低光条件下，为了增加光吸收及光利用效率，
类囊体膜的表面积有所增加，膜脂的合成速率维持在
较高水平．而当光强超过饱和光强时，引起了光合机
构的损伤和光合速率的下降，膜脂合成速率降低，甚
至受到破坏[18-20]．
由图 3 和图 4 中还可看出，本研究中由光照强度
引起的生长率和总脂含量的变化趋势并不同步，推测
高光照强度下总脂含量降低的原因之一是高光照引
起的细胞分裂速度加快，细胞内脂类物质得不到足够
的积累．
由实验结果可知，小新月菱形藻(Nitzschia clos-
terium f. minutissima)(MACC/B222)有着较高的脂肪
含量，而且其脂肪含量可随环境条件改变，因此可以
进一步优化其生长条件为开发和利用小新月菱形藻
生物质能源奠定基础．
3 结 论
(1)小新月菱形藻(Nitzschia closterium f. minutis-
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sima)(MACC/B222)在氮浓度为 32,mmol/L 时平均
生 长 率 μ 达 到 最 大 值 0.710,0,d-1 ，脂 肪 含 量 在
16,mmol/L 时达到最大值 34.8%．
(2)小新月菱形藻(Nitzschia closterium f. minutis-
sima)(MACC/ B222)在光强 260,μmol/(s·m2)处获得
最大生长率 0.650,5,d-1，140,μmol/(s·m2)处获得最大
总脂含量 33.9%．
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